- •Физическая модель и статические вольт-амперные характеристики транзисторов
- •2.1. Малосигнальные эквивалентные схемы и параметры активных элементов
- •2.2. Параметры активных элементов как четырехполюсников
- •2.3. Переходные и частотные характеристики биполярных транзисторов
- •Процессы в базе при включении об
- •Процессы в базе при включении оэ
- •Влияние барьерной емкости эмиттерного перехода
- •2.4. Полевые транзисторы. Характеристики и эквивалентная схема
Процессы в базе при включении оэ
Пусть транзистор включен по схеме ОЭ (рис. 2.5,б), и задан перепад базового тока . Тогда ток коллектора описывается функцией
,
где t – переходная характеристика коэффициента усиления по току в схеме ОЭ, имеющего установившееся (низкочастотное) значение . Ток задает скорость нарастания положительного заряда в базе. При повышении потенциала базы отпирается эмиттерный переход (транзистор p-n-p типа). Начинается инжекция электронов, заряд которых поддерживает квазинейтральность базы, т.е. в первый момент времени, как и в схеме ОБ, имет место равенство но на уровне сравнительно малого базового тока (рис.2.5,б).
Через время задержки инжектированные носители начинают поступать в коллектор и появляется коллекторный ток. В схеме ОБ нарастание коллекторного тока сопровождалось уменьшением тока базы. Однако в схеме ОЭ базовый ток задан, поэтому возрастание коллекторного тока (связанное с уходом электронов из базы) вызывает дополнительное возрастание тока эмиттера, т.е. приток новых электронов, необходимых для поддержания квазинейтральноети базы. Такое совместное увеличение токов Iк и продолжается до тех пор, пока в базе не накопится настолько большой избыточный заряд неосновных носителей (электронов), что скорость его рекомбинации уравновесит ток базы
. (2.17)
Так как есть постоянная времени экспоненциального переходного процесса, можно сделать следующий вывод: в схеме ОЭ постоянная времени равна времени жизни неосновных носителей в базе
. (2.18)
Таким образом, если представить входную цепь транзистора эквивалентной RC -цепочкой, то видно, что достаточный для полного открывания транзистора заряд накапливается в базе (в емкости С) либо за счет эмиттерного тока (схема ОБ), либо за счет базового тока (схема ОЭ).
Выражения (2.11), (2.17) и (2.18 ) позволяют записать соотношение для основных параметоров:
. (2.19)
Взаимосвязь коэффициентов и можно было показать также с помощью их операторных изображений и формулы
Полученный результат показывает, что большой коэффициент усиления в схеме ОЭ достигается ценой ухудшения частотных свойств и быстродействия транзистора.
Для экспоненциальной формы тока iк(t) при tз << можно записать
.
Воспользовавшись преобразованием Фурье, имеем
где – верхняя граничная частота коэффициента , на которой он снижается на 3 дБ (в раз) по сравнению с установившимся (низкочастотным) значением
Соответственно амплитудно- и фазочастотная характеристики име-ют вид:
(2.20 )
. (2.21)
Поскольку коэффициент весьма велик, усилительные свойства транзистора в схеме ОЭ сохраняются при частотах, значительно превышающих граничную частоту . При в выражении (2.20) можно пренебречь единицей, тогда
.
Таким образом, коэффициент усиления тока практически линейно снижается с повышением частоты и достигает единицы на некоторой частоте, называемой предельной:
.
С учетом выражения (2.19) предельная частота для схемы ОЭ практически совпадает с граничной частотой для схемы ОБ.